(57)【要約】  所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定処理において、前記所定時間内に同時計数を複数検出した時は、検出時間差に関する情報を用いて、収集すべき同時計数線の優先度を設定し、多重同時計数から真の同時計数を抽出する。これにより、従来は捨てていた多重同時計数から真の同時計数を抽出し、放射能濃度が高い場合における検出感度を向上すると共に、ダイナミックレンジも改善する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、
前記所定時間内に同時計数を複数検出した時は、検出時間差に関する情報を用いて、収集すべき同時計数線の優先度を設定し、多重同時計数から真の同時計数を抽出することを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項２】
多重同時計数の内、検出時間差が最も小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出することを特徴とする請求項１に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項３】
多重同時計数の内、検出時間差が閾値よりも小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出することを特徴とする請求項１に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項４】
前記閾値が可変であることを特徴とする請求項３に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項５】
前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、視野中心に最も近い同時計数線を１つ選択することを特徴とする請求項３又は４に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項６】
前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、検出された１対の消滅放射線のエネルギーの合計が最も高い同時計数線を１つ選択することを特徴とする請求項３又は４に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定方法。
【請求項７】
核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
前記所定時間内に同時計数を複数検出した時は、検出時間差に関する情報を用いて、収集すべき同時計数線の優先度を設定し、多重同時計数から真の同時計数を抽出する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項８】
多重同時計数の内、検出時間差が最も小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出するようにされていることを特徴とする請求項７に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項９】
多重同時計数の内、検出時間差が閾値よりも小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出するようにされていることを特徴とする請求項８に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項１０】
前記閾値が可変とされていることを特徴とする請求項９に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項１１】
前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、視野中心に最も近い同時計数線を１つ選択するようにされていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【請求項１２】
前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、検出された１対の消滅放射線のエネルギーの合計が最も高い同時計数線を１つ選択するようにされていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のＰＥＴ装置における同時計数判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＥＴ装置における同時計数判定方法及び装置に係り、従来は捨てていた多重同時計数から真の同時計数を抽出し、放射能濃度が高い場合における検出感度を向上すると共に、ダイナミックレンジも改善することが可能な、ＰＥＴ装置における同時計判定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＴ装置で用いられる同時計数法(非特許文献１、２)は、図１に示す如く、数ナノ秒程度の非常に短い時間内に検出された１対の消滅放射線１４を、同一のポジトロン核種１２から発生した真の同時計数であるとみなす検出法である。図１において、１０は患者等の検査対象、２０は、ＰＥＴ装置を構成する、複数の放射線検出器（以下、単に検出器とも称する）２２が例えば円周上に配設された検出器リング（以下、単にリングとも称する）、２４は、各検出器２２による放射線の検出位置や時間情報を検出する回路、２６は、複数の検出器２２による検出時刻の差が所定の同時計数時間幅内であるときに同時計数と判定する同時計数回路、２８は、同時計数データを保存するデータ保存装置である。【０００３】
ポジトロン核種を判定する時間幅（同時計数時間幅）は、ＰＥＴ装置の持つ時間的な分解能と視野サイズから決定される。現在、ＰＥＴ装置の持つ時間的な分解能を５００ピコ秒程度にまで高めた装置が開発されている。また、同時計数時間幅は、ポジトロン核種の存在する位置、検出される検出器のリング径によっても制限され、４ナノ秒程度以下では既存の臨床用ＰＥＴ装置の画像化できる視野を制限してしまう。【０００４】
非常に高い時間分解能を持つＰＥＴ装置では、１対の消滅放射線の飛行時間差（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ、以下ＴＯＦと略す）による情報を利用して同時計数線上の位置を制限することで装置の感度を改善できるＴＯＦ−ＰＥＴ装置が開発されている。しかしながら現状の５００ピコ秒程度の時間分解能では装置の感度を劇的に改善するまでには至っていない。【０００５】
同時計数法は有限の時間内でポジトロン核種の判定を行うため、図１に示した真の同時計数の他、図２（Ａ）に例示するような、異なるポジトロン核種からの消滅放射線を同時に検出する偶発同時計数や、図２（Ｂ）に例示するような散乱同時計数が発生する。放射能濃度が高いほど偶発同時計数の割合も高くなるが、図３に例示する如く、同時計数時間幅内に複数の同時計数を検出する多重同時計数も発生する。図３（Ａ）は、２つのポジトロン核種から２対の消滅放射線（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ３、Ｔ４）が発生し、同時計数時間幅内に３個の検出器が検出した例、図３（Ｂ）は、３つのポジトロン核種から３対の消滅放射線（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ３、Ｔ４）、（Ｔ５、Ｔ６）が発生し、同時計数時間幅内に３個の検出器が検出した例、図３（Ｃ）は、２つのポジトロン核種から２対の消滅放射線（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ３、Ｔ４）が発生し、同時計数時間幅内に４個の検出器が検出した例、図３（Ｄ）は、３つのポジトロン核種から３対の消滅放射線（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ３、Ｔ４）、（Ｔ５、Ｔ６）が発生し、同時計数時間幅内に４個の検出器が検出した例である。一般にＰＥＴ装置は検出器リング中心部に視野を設定し、視野よりも外を通過する同時計数線は収集しないので、図３においても近傍の検出器同士の同時計数は無効にしてある。すなわち、図３の例における同時計数事象の検出数は、図３（Ａ）では２、図３（Ｂ）では２、図３（Ｃ）では４、図３（Ｄ）では３である。【０００６】
従来のＰＥＴ装置において、多重同時計数は、事象の一部に真の同時計数を含んでいるにもかかわらず、判別する手法が確立していないため、図４に示す如く、同時計数判定（ステップ１００）後、検出器が３個以上の多重同時計数と判定（ステップ１１０）された時は、すべての事象を捨てていた。【０００７】
近年ではＰＥＴ装置の感度を高めるためにリング長を長くし、リング径を短くして近接撮像を行う装置も開発されているが、これらの装置においては従来のＰＥＴ装置より多重同時計数が発生する確率が高くなる。【０００８】
なお、非常に高いエネルギー分解能を持つＣＺＴ検出器等を用い、コンプトンカメラの原理を利用して、それぞれの消滅放射線の入射方向を特定することで、多重同時計数から真の同時計数を特定する技術も研究されている（特許文献１、非特許文献３）。【０００９】
この方法によれば、原理的には真の同時計数を解析的に抽出することができるが、ＰＥＴ用検出器としてＣＺＴ検出器等はまだ実用段階でなく、検出器内でコンプトン散乱した事象しか利用できないため、利用可能な事象がかなり制限される、すなわち検出器の感度が低いという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００８−５２２１６８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H.M. Dent, W.F. Jones, and M.E. Casey, ”A real time digital coincidence processor for positron emission tomography”, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. 33, 556-559, 1986
【非特許文献２】D. F. Newport, H. M. Dent, M. E. Casey, and D. W. Bouldin, “Coincidence Detection and Selection in Positron Emission Tomography Using VLSI”, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. 36, 1052-1055, 1989
【非特許文献３】G. Chinn, C.S. Levin, “A method to reject random coincidences and extract true from multiple coincidences in PET using 3-D detectors”, Nuclear Science Symposium Conference Record, 5249-5254, 2008.
【発明の概要】
【００１２】
図４に示す従来のＰＥＴ装置の同時計数判定方法においては、同時計数時間幅内に複数の同時計数を検出する多重同時計数を有効利用してこなかった。多重同時計数をすべて捨てることは、放射能濃度が高い場合に検出感度を低減することになり、画質の低下を引き起こす。また放射能濃度が非常に高くなると多重同時計数の割合が増えＰＥＴ装置のダイナミックレンジを狭める原因にもなる。また、多重同時計数は散乱同時計数と偶発同時計数のノイズ成分のみで構成されたり、図３に例示したように３本以上の同時計数が検出されたり、そのバリエーションは非常に複雑である。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、従来は捨てていた多重同時計数から真の同時計数を抽出し、放射能濃度が高い場合における検出感度を向上すると共に、ダイナミックレンジの改善にも寄与することを課題とする。
【００１４】
本発明は、多重同時計数として検出された同時計数線においても、放射能分布や検出された際の情報から、非常に簡便な方法で優先度を設定し、収集すべき同時計数線を判定することが可能なことに着目してなされたもので、所定時間内に検出された一対の消滅放射線を、同一の核種から発生したとみなして計数するＰＥＴ装置における同時計数判定方法において、前記所定時間内に同時計数を複数検出した時は、検出時間差に関する情報を用いて、収集すべき同時計数線の優先度を設定し、多重同時計数から真の同時計数を抽出することにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
ここで、多重同時計数の内、検出時間差が最も小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出することができる。
【００１６】
あるいは、多重同時計数の内、検出時間差が閾値よりも小さい同時計数を真の同時計数と判定して抽出することができる。
【００１７】
又、前記閾値を可変とすることができる。
【００１８】
又、前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、視野中心に最も近い同時計数線を１つ選択することができる。
【００１９】
あるいは、前記閾値よりも小さい同時計数が複数ある時は、検出されたエネルギーの合計が最も高い同時計数線を１つ選択することができる。
【００２０】
本発明は、又、核種から発生した放射線を検出するための複数の放射線検出器と、
各放射線検出器における放射線の検出時刻を検出するための手段と、
複数の放射線検出器による検出時刻の差が所定時間内であるときに同時計数と判定する手段と、
前記所定時間内に同時計数を複数検出した時は、検出時間差に関する情報を用いて、収集すべき同時計数線の優先度を設定し、多重同時計数から真の同時計数を抽出する手段と、
を備えたことを特徴とするＰＥＴ装置における同時計数判定装置を提供するものである。
【００２１】
本発明によれば、従来は捨てていた多重同時計数から真の同時計数を抽出することによって、放射能濃度が高い場合における検出感度を向上すると共に、ダイナミックレンジの改善にも寄与する。本発明は、現状の時間分解度の高いＰＥＴ装置に対して、そのまま適用可能であるが、リング長が長くリング径が短いような超高感度ＰＥＴ装置（全身同時撮像ＰＥＴ装置等）において特に効果的であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の同時計数判定方法を示す図
【図２】（Ａ）偶発同時計数及び（Ｂ）散乱同時計数の例を示す図
【図３】多重同時計数の例を示す図
【図４】従来の同時計数判定処理を示す流れ図
【図５】本発明の第１実施形態による同時計数判定処理を示す流れ図
【図６】本発明の第２実施形態による同時計数判定処理を示す流れ図
【図７】第１及び第２実施形態による多重同時計数判定の例を示すタイムチャート
【図８】本発明の第３実施形態による同時計数判定処理を示す流れ図
【図９】本発明の第４実施形態による同時計数判定処理を示す流れ図
【図１０】検出器リング長毎に放射能濃度と多重同時計数の割合の関係をシミュレーションした結果を示す図
【図１１】検出器リング長毎に放射能濃度と多重同時計数に含まれる真の同時計数の割合の関係をシミュレーションした結果を示す図
【図１２】多重同時計数判定手法毎に放射能濃度と真の同時計数率の関係をシミュレーションした結果を示す図
【図１３】多重同時計数判定手法毎に放射能濃度と偶発同時計数率の関係をシミュレーションした結果を示す図
【図１４】多重同時計数判定手法毎に放射能濃度と雑音等価計数ＮＥＣＲの関係をシミュレーションした結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
一般的にＰＥＴ装置において、被験者は視野の中心で撮像されることから、真の同時計数は視野中心付近に分布する傾向があり、偶発同時計数は視野内に一様に分布する。また、多重同時計数におけるノイズ成分の大部分は偶発同時計数であると考えられる。従って、検出時間差が小さい同時計数を選べば、真の同時計数である確率が高いと考えられる。
【００２５】
本発明の第１実施形態は、このような点に着目してなされたもので、図５に示す如く、図４の従来法と同様のステップ１１０で多重同時計数と判定されたときは、全ての同時計数の事象をステップ１２０に送り、検出時間差を算出する。次いでステップ１３０で、時間差が最も短い同時計数を、真の同時計数と判定して抽出するようにしたものである。
【００２６】
本実施形態においては、処理が比較的単純である。
【００２７】
なお、多重同時計数において常に真の同時計数が含まれているとは限らないため、第１実施形態のように、多重同時計数から必ず１つの事象を抽出することは、高放射能時においてノイズ成分を増加させる要因になる可能性もある。
【００２８】
そこで、本発明の第２実施形態では、図６に示すように、ステップ１１０で多重同時計数と判定されたときは、ステップ１４０に進み、検出時間差が所定の閾値より小さい同時計数線を抽出することで、真の同時計数を抽出する。この際、所定の閾値は、ステップ１１０の同時計数時間幅よりも短くする必要があり、例えば同時計数時間幅（例えば６ナノ秒）の１／３（２ナノ秒）に設定したり、計数率に応じて可変としたりすることができる。例えば、計数率が高い場合は、低い場合より閾値を短くする。なお、ステップ１１０の同時計数時間幅を最初からステップ１４０の閾値程度まで小さくしてしまうことは、検出器リング中央部から離れた位置から生じる消滅放射線を検出できなくなることになり、視野が狭くなってしまうため望ましくない。
【００２９】
図７に、第１実施形態と第２実施形態を図３の多重同時計数に適用した例を示す。（視野外判定を行う前とする）真の同時計数と偶発同時計数を１つずつ含む図３（Ａ）の場合、どちらの方法でも正解を導ける可能性は高い。しかしながら、第１実施形態は必ず１つの同時計数線を選択するため、真の同時計数を含まない図３（Ｂ）や、真の同時計数を多数含む図３（Ｃ）の場合において判断を誤る。一方、第２実施形態においては図３（Ｂ）及び（Ｃ）のパターンにおいても真の同時計数を算出できる可能性を有している。
【００３０】
第２実施形態においては判別する事象は１つに限らないが、実用的な放射能強度において多重同時計数内に複数の真の同時計数が検出される確率は低いと考えられる。また、図３（Ｄ）に示すように、真の同時計数の検出時間差と同程度の検出時間差である偶発同時計数は識別できない。
【００３１】
従って、図８に示す第３実施形態のように、ステップ１４０の閾値判定によって複数の同時計数線が算出された場合、ステップ１５０で視野中心に対して最も近い同時計数線を１つ選択することで、より真の同時計数を抽出する確率を上げることができると考えられる。
【００３２】
また、真の同時計数は、図２（Ｂ）に示した散乱同時計数に比べて、検出されるエネルギーが高い確率が大きいことから、図９に示す第４実施形態のように、ステップ１４０の閾値判定によって複数の同時計数線が算出された場合、ステップ１６０で同時計数線ごとにエネルギーを算出し、ステップ１７０で、最も検出されたエネルギーが高い同時計数線を１つ選択することによって、真の同時計数を抽出する確率を上げることができると考えられる。
【実施例】
【００３３】
全身同時撮像ＰＥＴ装置を想定したシミュレーションを実施した。本装置は２．９ｘ２．９ｘ２０ｍｍ厚のＬＳＯシンチレータをアレイ状にしたブロック検出器を用いて、８４ｃｍのリング径を持つ検出器リングを構成する。検出器リングの体軸方向の長さは、リング長６４ｃｍ、１５ｃｍ、１３０ｃｍの３種類をシミュレートした。リング中央に直径２０ｃｍ長さ１ｍの円柱ファントムを設置した。検出器の時間分解能は６００ピコ秒、同時計数時間幅は６ナノ秒とした。【００３４】
図１０は、３種類のリング長６４ｃｍ、１５ｃｍ、１３０ｃｍのＰＥＴ装置による放射能強度ごとの多重同時計数の割合である。放射能強度及びリング長が大きくなるにつれて多重同時計数の割合が大きくなる。【００３５】
図１１に、多重同時計数に含まれる真の同時計数の割合を示す。リング長にはあまり依存せず、放射能強度に依存して真の同時計数が含まれる割合が減少している。【００３６】
図１２と図１３に、６４ｃｍのリング長の装置において、いくつかの多重同時計数判定手法を適用した際の真の同時計数率と偶発同時計数率を示す。第２実施形態における閾値、即ち、２回目の同時計数時間幅は２ナノ秒とした。ここで比較法として挙げたランダム選択は、多重同時計数の事象から無作為に１つの同時計数線を選択した場合である。【００３７】
図１４に、いくつかの多重同時計数判定手法を適用した際の雑音等価計数（ＮＥＣＲ）を示す。【００３８】
ＮＥＣＲは円筒ファントムにおいて、偶発同時計数などノイズとみなせる成分の割合を考慮して実効的な計数特性を評価するための指針であり、ＰＥＴ装置の性能を評価する際に多用され、以下の式で表される（S.C. Strother, M.E. Casey, E.J. Hoffman, , IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 37, 783-788, 1990参照）。
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【００３９】
ここでＴは真の同時計数率、Ｓは散乱同時計数率、Ｒは偶発同時計数率である。得られた結果から、本発明を適用することで２割程度の画質の改善が示唆された。また、無作為に真の同時計数を抽出した場合（ランダム選択）に対しても優位な改善効果が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
現在、近接撮像によるＰＥＴ装置等によるＰＥＴ装置の高感度化が進んでいるが、同時計数時間幅は検出器配置によって制限されるため、多重同時計数の影響が大きくなると考えられる。したがって、多重同時計数の判定方法は超高感度ＰＥＴ装置の実現に向けて主要な要素技術になりうる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…測定対象
１２…ポジトロン核種
２０…検出器リング
２２…放射線検出器
２４…位置・時間情報検出回路
２６…同時計数回路
２８…データ保存回路
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【国際調査報告】
2011117990.tif 000018
2011117990.tif 000019
2011117990.tif 000020